ВконтактеУсилитель ветра /ветроэнергетика/. Новая технология увеличения мощности ветряных турбин и усилителей ветра для этой цели.
До сих пор в ветроэнергетике не решена проблема значительного увеличения коэффициента мощности ветровых турбин. Это связано с тем, что в открытом воздушном потоке конфузорные устройства не работают так, как в закрытых трубопроводах. Поэтому струю открытого воздушного потока с помощью обычных конфузоров невозможно заставить сужаться с постоянным расходом. Предлагаемая технология создаёт конфузорный эффект в открытом потоке воздуха с помощью обтекания удобообтекаемых тел. Степень конфузорности этого эффекта увеличивается с помощью приведения в движение внешних поверхностей удобообтекаемых тел. Расчёт эффективности работы предлагаемых устройств реализации на практике технологии производится на основе теории обтекания удобообтекаемых тел потенциальным потоком жидкости. Расчёты показывают, что возможно создать устройство, которое увеличивает скорость ветра перед турбиной в 4 и более раза.
1. Проблема, на решение которой направлен проект -Проект решает проблему увеличения коэффициента мощности коммерческих ветровых турбин и проблему уменьшения размеров турбин для выработки одной и той же мощности.
2.Предполагаемое решение - Предлагаемая технология сбора и концентрирования энергии ветра создаёт в открытом потоке жидкости эффект конфузора и диффузора (эффект Вентури), который работает так же, как и в закрытых трубах. В горле трубки Вентури устанавливается турбина. Таким образом при приближении к турбине струя воздуха сужается и расход в ней остаётся постоянным в отличии от классических турбин, при приближении к которым струя воздуха расширяется и расход в ней уменьшается (закон Беца). Степень конфузорности струи воздуха перед турбиной можно регулировать изменением скорости перемещения внешней поверхности удобообтекаемого тела. Это значительно увеличивает скорость ветра перед турбиной и увеличивает мощность турбины. В качестве удобообтекаемых тел можно использовать круговые, эллиптические и овальные цилиндры, а так же цилиндры, поперечные сечения которых есть аэродинамический профиль. В предлагаемой технологии для проектирования усилителей ветра разработан метод аэродинамического расчёта для круговых и эллиптических цилиндров с подвижными внешними поверхностями. Метод разработан на основе преобразования Жуковского потенциальных потоков.
3.Ожидаемый результат от реализации проекта -Увеличение мощности коммерческих ветровых турбин. К примеру, пусть турбина без усилителя реализует номинальную мощность на скорости ветра 9 метров в секунду. В результате установки этой турбины совместно с усилителем ветра номинальная мощность может быть реализована на скорости 3 метра в секунду. Это значит, что турбина будет работать на номинальной мощности значительно больше времени.
4.Уникальность проекта и отличие от конкурентов - Проект впервые реализует давнюю мечту конструкторов ветровых турбин: как собрать энергию ветра с большой территории и концентрировать её на малой турбине (по аналогии с гидроэлектростанциями). До сих пор это никому не удалось сделать. Это объясняется тем, что конструкторы ветровых турбин не знакомы с теорией конформных преобразований открытых потенциальных потоков жидкости. Поэтому для ускорения ветра перед турбиной применяются различные конфузорные устройства, которые в открытом потоке жидкости работают не так, как в закрытых трубах, в силу чего они имеют очень низкую эффективность и практически не применяются. Идея, как создать полноценный (как в закрытых трубах) конфузорный эффект в открытом (свободном) потоке воздуха становится понятной только при математическом моделировании движения воздуха при обтекании различных тел. При построении поля скоростей потока вокруг обтекаемого тела становится понятным следующее. Где в этом потоке устанавливать турбину, какой формы и размеров должно быть обтекаемое тело, с какой скоростью вращать внешнюю поверхность тела, чтобы получить желаемое увеличение мощности турбины при неизменном ветре. Основное отличие предлагаемой технологии от конкурентов состоит в том, что она имеет строгую математическую базу, на основе которой можно значительно увеличить эффективность работы ветроустановок. Предлагаемая технология впервые научно обоснованно показывает, как создавать устройства, которые эффективно собирают и концентрируют энергию ветра.
Предлагаемая технология открывает два новых направления развития и совершенствования устройств использования энергии ветра. Первое направление – это увеличение мощности существующих коммерческих ветровых турбин, поскольку предлагаемые устройства увеличивают скорость ветра на входе в турбину. Второе направление – это разработка и постройка новых турбин, которые будут устанавливаться совместно с предлагаемыми усилителями ветра новой концепции. Это позволит вырабатывать ту же энергию при значительно меньших размерах рабочих роторов турбин. Эта проблема особенно важна для разработчиков мега ваттных турбин. Предлагаемая технология позволяет решить эту проблему, поскольку проектирование и постройка новых усилителей ветра дешевле, чем постройка рабочих лопастей мега ваттных турбин.
Внедрение и использование - совместное предприятие. Наша технология, коллеги — финансирывание. Будут заинтересованны все ветропарки РФ, ЕС и Америка.
Инновационность проекта подтверждена Европейским патентным поиском Европейского Патентного Агентства (EPO) от 06.11.20 по заявке LVP2020000022 на Латвийский Национальный патент по теме новой технологии. В результате поиска не найдены прямые аналоги декларируемой технологии увеличения мощности турбин.
1.Разработана и предложена для практического применения новая технология увеличения мощности ветряных турбин без изменений конструкции и размеров этих турбин.
2. Разработаны и предложены для практической реализации конструкции устройств для увеличения скорости ветра перед турбинами (усилители ветра).
3. Для этапа проектирования усилителей ветра разработана теория аэродинамического расчёта ветряных турбин, работающих совместно с усилителями ветра.
4.Спроектирована, построена и запущена экспериментальная установка для исследования потоков ветра около вращающегося цилиндра применительно к задаче корректировки математических моделей аэродинамического расчёта турбин с усилителями ветра.
5.Экспериментально показано, что предлагаемая технология ускорения потока ветра перед турбинами является наиболее эффективной из всех существующих в настоящее время технологий с аналогичной целью.
6.Экспериментально показано, что в качестве усилителей ветра можно использовать стационарные цилиндры. Это значительно снижает стоимость усилителей.
7.На основании проведенных экспериментов показано, что увеличивать мощность турбин ускорением потока ветра перед турбинами значительно эффективнее и дешевле, чем с помощью увеличения высот башен и диаметров роторов турбин. В частности, для мега ваттной турбины мощности 1.5 МВт-ч с усилителем ветра, который разгоняет поток на 57 проц., мощность можно увеличить до 5.8 МВт-ч, не увеличивая диаметр ротора.
8.Проведен Европейский патентный поиск по теме предлагаемой технологии. В результате поиска прямых аналогов не обнаружено. Следовательно, эта технология является новой.
9. Показано, как, используя предлагаемую технологию, ускорить решение проблем в 25 основных трендах ветроэнергетики.
10.Проведены сравнительные расчёты приведенной стоимости турбин в интервале мощности 6.8 — 1300 кВтч с усилителями и без усилителей ветра.
11.Проведены сравнительные расчёты сокращений вредных выбросов в атмосферу угольными электростанциями с помощью турбин с усилителями и без усилителей ветра.
12.Проведен анализ жизненного цикла ветропарка турбин с усилителями для демонстрации экологического преимущества таких ветропарков сравнительно с ветропарками турбин без усилителей ветра.
13.Разработан технический проект производства усилителя ветра для турбины мощности 6 Квт и диаметром ротора 4.9м.
14. Определён рынок сбыта спроектированного усилителя ветра.
15.Сформирована команда для проектирования и производства усилителей ветра по конкретному заказу.
16.Составлен бизнес – план по производству, установке и продаже усилителей ветра в страны Прибалтики.
Сделан лабораторный вариант работы усилителя ветра. Который подтверждает описание и расчеты.
Заключение
Авторы предлагаемой технологии решили задачу аналитического построения поля скоростей обтекания эллиптического цилиндра с углом атаки и подвижной внешней поверхностью. Это позволило разработать метод аэродинамического расчёта устройств, которые эффективно собирают из окружающего пространства большое количество движущегося воздуха, разгоняют его и подают на вход в турбину. На основе этого метода разработаны технология и устройства сбора и концентрирования энергии ветра. Это открывает два новых направления развития и совершенствования работы ветровых турбин. Первое направление – это возможность повышения коэффициента мощности существующих турбин, устанавливая их совместно с усилителями ветра, которые спроектированы и построены для каждой конкретной турбины согласно предлагаемой технологии. При этом изменений конструкции этих турбин не требуется. Второе направление – это возможность производить новые турбины, которые устанавливаются с устройствами сбора и концентрирования энергии ветра, чтобы вырабатывать такую же мощность при меньших размерах рабочих роторов. Это удешевляет производство, транспортировку и установку ветрогенераторов большой мощности. Использование предложенной технологии в ветроэнергетике позволит приблизить стоимость и объём производства электроэнергии ветровыми турбинами к стоимости и объёму производства электроэнергии гидроэлектростанциями.
Эксперимент - https://drive.google.com/drive/folders/1tIgsGMMdtdmCPqOKVvotd0TFRBbvdt2E?usp=sharing
Чертеж ветряной турбины с усилителем ветра и фото, с описанием и выводами лабораторного эксперимента.
___________________________________________________________________
0